JP2015075394A

JP2015075394A - 放射線ｃｔ装置

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Publication number: JP2015075394A
Application number: JP2013211738A
Authority: JP
Inventors: 泰行欅; Yasuyuki Keyaki
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-04-20
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: JP6149674B2

Abstract

【課題】ＣＴ撮影後に指定の投影角度範囲のみのビュー数を多くした再構成演算を行ってその角度範囲の分解能を高くした断層像を構築しながら全体の再構成演算時間を短縮可能な放射線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】放射線投影データの収集時にビュー数を多く設定して記憶するとともに、そのうちの一部を用いて粗い概観断層像を構築する。その概観断層像上で投影角度範囲とビュー数を指定することで、その投影角度範囲については、指定されたビュー数のもとに再構成演算を行うと同時に、それ以外はより少ないビュー数の投影データを用いて再構成演算を行うことで、指定された投影角度範囲についてのみ高分解能で表した断層像を構築する。【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線をはじめとする放射線を用いて、各種工業製品等の内部構造や欠陥の有無等を非破壊のもとに調査するための放射線ＣＴ装置に関する。

産業用の放射線ＣＴ装置においては、一般に、互いに対向配置した放射線源と放射線検出器との間に、被検体を搭載するテーブルを配置し、そのテーブルと、放射線源と放射線検出器との対とを、放射線光軸方向（放射線源と放射線検出器とを結ぶ方向）に直交する回転軸の周りに相対的に回転させる構成が採用されている。

被検体のＣＴ撮影、つまり被検体の放射線投影データの収集は、被検体に放射線を照射しながら、テーブルもしくは放射線源と放射線検出器の対を回転軸の周りに回転させて、事前に設定したビュー数に基づくピッチごと、すなわち３６０°をビュー数で除した角度をサンプリングピッチとして放射線検出器の出力を取り込む（例えば特許文献１参照）。
このビュー数を多くすることにより、得られる断層像の空間分解能が向上する。なお、各ビューにおける投影データは、実際には、微小時間間隔で取り込んだ複数のフレームデータを積算したものが用いられ、この積算数（アベレージ数と称される）を多くすることによって投影データのＳ／Ｎが向上するとともに、得られる断層像のコントラストを向上させることができる。以下、本明細書においては、各ビューにおける投影データの取り込み動作には、特に明記はしないものの、このような複数のフレームデータの積算動作を含むものとする。

従来の放射線ＣＴ装置において、高分解能の断層像を得るためには、ＣＴ撮影前にビュー数を多く設定し、断層像の構築時にはその全ての投影データを用いて断層像視野全体を再構成している。そのため、高分解能の断層像を得るためには、再構成に相応の時間を要していた。

ここで、従来、層状構造体の層状構造を分解する断層像、つまり層状構造の層面に交差する断層像の取得に特化したＣＴ装置において、投影データの収集時に、層面が放射線光軸と平行となる回転角度を基準として、その両側にあらかじめ設定した所定の投影角度範囲についてはそれ以外の投影角度に比してサンプリングピッチを細かくすることにより、層構造の像を高分解能で表す断層像を得ながら、断層像上での層構造の分解能に寄与しない投影角度範囲、つまり、放射線光軸が層面に対して大きな角度で交差する投影角度範囲のサンプリングピッチを粗くして、再構成に要する時間を短縮化する技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００４−２１９２２４号公報特許第４５９８８８０号公報

ところで、ＣＴ撮影に先立って設定したビュー数で収集した全投影データを用いて断層像視野全体を一様に再構成する従来のＣＴ装置では、高分解能の断層像を得るための再構成に時間がかかることは前記した通りである。これに対し、層状構造体の層構造の像を高分解能で表示するために、層面に平行な投影角度を中心に、その両側所定の角度範囲のみのサンプリングピッチを細かくする従来の提案技術では、他の角度範囲のサンプリングピッチを粗くしてデータ収集と再構成演算を行うため、再構成に要する時間は短くなる。しかしながら、この方式においては、サンプリングピッチを細かくする角度範囲をＣＴ撮影前に設定する必要があり、層状構造の方向と被検体の外観とが明確に対応している場合にはさほどではないが、層状構造の方向が外部から視認できない被検体では、サンプリングピッチを細かくする角度範囲の設定が困難になるという問題がある。また、いずれにしても、ＣＴ撮影前に設定した角度範囲が実際の被検体の層状構造の方向とずれていた場合には、ＣＴ撮影を最初からやり直さなければならないという問題もある。

また、上記した従来のいずれの方式においても、ＣＴ撮影後にビュー数を変更することができないという問題もある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、ＣＴ撮影後に任意の投影角度範囲を指定することにより、その指定された投影角度範囲のビュー数を多くして、その投影角度範囲の分解能を高くすることのできる放射線ＣＴ装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の放射線ＣＴ装置は、互いに対向配置された放射線源と放射線検出器の間に、被検体を搭載するテーブルが設けられ、そのテーブルと、上記放射線源と放射線検出器の対とを、放射線光軸に交差する回転軸の周りに相対的に回転させつつ、上記テーブル上の被検体に放射線を照射し、設定されているビュー数に基づくピッチで、上記放射線検出器の出力を取り込んで収集した被検体の複数の投影角度における放射線投影データを用いた演算により、上記回転軸に直交するスライス面に沿った被検体の断層像を構築する放射線ＣＴ装置において、あらかじめ設定されているビュー数Ｖ１に基づく微小ピッチで放射線投影データを取り込み、その取り込んだ各放射線投影データを投影データ記憶手段に記憶していく撮影動作制御手段と、投影角度の範囲とビュー数Ｖ２（Ｖ２≦Ｖ１）を指定する指定手段を備え、上記再構成演算手段は、上記指定手段により指定された投影角度範囲については、当該指定手段により指定されたビュー数Ｖ２に該当する投影データを、その指定された投影角度範囲を除く投影角度範囲については、あらかじめ設定されている少ないビュー数Ｖ３（Ｖ３＜Ｖ２）に該当する投影データを、それぞれ上記投影データ記憶手段の記憶内容から抽出して再構成演算に供して断層像を構築することによって特徴づけられる。

ここで、本発明においては、上記再構成演算手段は、ビュー数Ｖ１のもとに投影データを収集後、全投影角度範囲を上記ビュー数Ｖ３のもとに再構成演算を行って粗い概観断層像を構築し、上記指定手段は、その粗い概観断層像の表示画面上で投影角度範囲の指定を行うように構成されている構成（請求項２）を採用することができる。

本発明は、ＣＴ撮影時に全投影角度においてビュー数を多く、つまり細かいピッチで収集した放射線投影データを記憶するとともに、該データ収集後に投影角度範囲を指定することにより、収集した各放射線投影データを再構成演算時において適宜選択的に用いること、すなわち、指定された投影角度範囲のみを指定されたビュー数に該当する投影データ、また、それ以外の投影角度範囲では粗いサンプリングピッチの投影データをそれぞれ用いて再構成演算を行うことで、指定された投影角度範囲のみについて精細な断層像を得ようとするものである。

すなわち、ＣＴ撮影時には、あらかじめ設定されているビュー数Ｖ１で放射線投影データを収集することになるが、このビュー数Ｖ１の値を大きく設定しておくことで、放射線投影データを細かい角度ピッチで収集して記憶するようにしている。

上記のようにして取得され、投影データ記憶手段に記憶された放射線投影データを用いて再構成演算する前に、任意の投影角度範囲を指定し、併せてビュー数Ｖ２（Ｖ２≦Ｖ１）を指定する。再構成演算手段では、その指定された投影角度範囲については、指定されたビュー数Ｖ２に該当する投影データの採用を行うが、その指定された投影角度範囲以外の投影角度では、あらかじめ設定されている少ないビュー数Ｖ３（Ｖ３＜Ｖ２）に該当する投影データを採用し、それらの投影データを使用して再構成演算を行う。これにより、例えば層状構造に沿った投影角度範囲を中心としてその両側所定の角度範囲を指定することで、その指定された角度範囲のみを精細に、他を粗くした断層像を構築することができ、層状構造の断層像を精細化しながらも、全体としての再構成演算時間を短くすることができる。そして、本発明においては、そのサンプリングピッチを細かくして断層像を構築する投影角度範囲の指定を、ＣＴ撮影後に随時行うことができるので、前記した特許文献２の技術のように角度範囲をあらかじめ指定する必要がなく、指定した角度範囲がずれていた場合でもＣＴ撮影をやり直す必要がない。

ここで、投影角度範囲の指定の手法は、特に限定されるものではないが、請求項２に係る発明のように、ＣＴ撮影後に、粗い断層像、つまり被検体の内部構造が判る程度の概観断層像を構築し、その概観断層像上で指定することにより、例えば層状構造の方向を見極めた上で、精細な再構成演算を必要とする投影角度範囲を正確に指定することが可能となる。

本発明によれば、細かいサンプリングピッチで投影データを採取して記憶した後、投影角度範囲を指定することにより、その指定された投影角度範囲については同じく指定されたビュー数に該当する投影データを記憶しているものの中から抽出し、それ以外の投影角度範囲については、あらかじめ設定されている少ないビュー数に該当する投影データを抽出して、それぞれ再構成演算に供するので、例えば層状構造を有する被検体において、層状構造の分解能に寄与しない投影角度のデータについてはビュー数を少なくして、その再構成演算に要する時間を短くしながらも層状構造を高い分解能のもとに断層表示することが可能となる。しかも、ビュー数を多くして再構成演算を行う投影角度範囲は、ＣＴ撮影後に随時行うことができるので、指定した投影角度範囲が層状構造の方向に対してずれていた場合でも、従来技術のようにＣＴ撮影をはじめからやり直すことなく指定した投影角度範囲を変更することができる。
また、請求項２に係る発明のように、ＣＴ撮影後に再構成演算された粗い断層像上で、例えば層状構造の方向を確認しながら、精細な再構成演算を行うべき投影角度範囲を指定することにより、利便性を向上させることができる。

本発明の実施形態の機械的構成を表す模式図と機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図。本発明の実施形態のＣＴ撮影から再構成演算の動作を示すフローチャート。本発明の実施形態での投影角度範囲の設定方法の説明図であって、（ａ）は概観断層像上で投影角度範囲の中心を指定する際の説明図、（ｂ）はその指定によりビュー数Ｖ２の投影データを利用する投影角度範囲の説明図。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の機械的構成を表す模式図と機能的構成を表すブロック図とを併記して示した構成図である。

放射線源１はコーンビーム状の放射線を水平方向（ｘ軸方向）に発生するように配置され、この放射線源１に対向して２次元の放射線検出器２が配置されており、これらの間に回転テーブル３が設けられている。放射線源１は、例えば、Ｘ線管を利用したＸ線発生器である。放射線検出器２は、例えば、フラットパネル型のＸ線検出器である。

回転テーブル３は、放射線源１と放射線検出器２を結ぶｘ軸方向に沿ったＸ線光軸方向に対して直交する鉛直方向（ｚ軸方向）に沿う回転軸Ｒの周りに回転が与えられる。この回転テーブル３は移動機構（図示略）の駆動により放射線光軸方向（ｘ軸方向）に移動させることができ、そのｘ軸方向の位置に応じてＣＴ撮影の倍率が定まる。放射線光軸方向と回転中心軸の方向は必ずしも直交していなくてもよく、直交ではない角度で交差する配置でもよい。すなわち、傾斜型の放射線ＣＴ装置にも本発明を適用することができる。

ＣＴ撮影に際しては、被検体Ｗを回転テーブル３上に搭載した状態で放射線源１からの放射線を照射しながら回転テーブル３を回転させて、所定の微小回転角度ごとに放射線検出器２の出力を画像データ取込回路１１に取り込む。この放射線検出器２から出力される情報は、被検体Ｗの放射線透過像であり、そのフレームデータは放射線投影データとして投影データ記憶部１２に格納されるが、その格納方法は選択されたＣＴ撮影モードに応じて異なる。この点については後述する。

また、投影データ記憶部１２に格納された放射線投影データは、再構成演算部１３による再構成演算に供されるが、この再構成演算の方法も、選択されているＣＴ撮影モードに応じて異なる。この点についても後述する。

再構成演算部１３により再構成された断層像は、断層像記憶部１４に記憶される。この断層像記憶部１４に記憶された断層像は、操作部１５からの指令により表示制御部１６を介して指定されたものが表示器１７に表示される。操作部１５は、マウス、キーボードおよびジョイスティック等からなり、この操作部１５の操作によって前記したモードの選択やビュー数の設定等を行うことができ、また、回転テーブル３をｘ軸方向に移動させて撮影倍率を変更することもできる。

画像データ取込回路１１、投影データ記憶部１２、再構成演算部１３、断層像記憶部１４、表示制御部１６、および回転テーブル３の回転は、制御部１８の制御下に置かれている。制御部１８は、操作部１５により選択されたモードや、指定されたビュー数に基づいてＣＴ撮影動作を制御するとともに、再構成演算部１３による各種演算等についても、操作部１５による指定に従うようにその動作を制御する。

本発明では、ＣＴ撮影モードとして、通常モードと指定角度範囲精細再構成モードを選択することができる。以下に、ＣＴ撮影から再構成演算までの各モードにおける動作について、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、通常モードにおいては、設定されたビュー数に応じたサンプリングピッチに対応する投影データを収集する。したがって、データ収集を完了した時点では、ビュー数と同じ数の投影データが図１に示す投影データ記憶部１２に格納された状態となる。再構成演算部１３は、この投影データ記憶部１２に格納された全投影データを用いた逆投影により、断層像視野全域を一様な分解能とコントラストのもとに断層像を構築する。

次に、指定角度範囲精細再構成モードを選択した場合には、任意に設定、もしくはこのモード専用に設定されているビュー数Ｖ１のもとに投影データを収集して投影データ記憶部１２に格納する。このＣＴ撮影におけるビュー数Ｖ１値は大きい値とされる。つまり、細かい角度ピッチで投影データを収集している。

この指定角度範囲精細再構成モードにおいて最初に構築される断層像は、上記のようにして投影データ記憶部１２に格納された投影データのうちの一部のみを用いた再構成演算による粗い断層像、すなわち概観断層像である。具体的には、投影データは回転テーブル３の１回転当たりにビュー数Ｖ１だけ収集されるが、このうちの数分の一の投影データのみが間引き的に用いられて再構成演算に供される。すなわち、この概観断層像の演算に用いる投影データのビュー数Ｖ３は、データ収集時のビュー数Ｖ１よりも相当に小さい値とされる。

このようにして構築された概観断層像は、投影角度範囲指定用のＧＵＩ表示内に組み込まれ、表示器１７に表示される。オペレータはその概観断層像上で、精細な再構成演算を行って高い分解能の断層像を得たい投影角度範囲と、その投影角度範囲の再構成演算に用いるビュー数Ｖ２を指定する。ビュー数Ｖ２は基本的にはデータ収集時のビュー数Ｖ１と同じとするが、Ｖ１の範囲内で任意に指定してもよい。本発明における精細な再構成演算を行うべき投影角度範囲の設定方法を図３を用いて説明する。図３（ａ）は上述の概観断層像上で投影角度範囲の中心を指定する際の説明図であり、（ｂ）はその指定によりビュー数Ｖ２の投影データを利用する投影角度範囲の説明図である。

図３（ａ）に示すように、断層像視野Ｑ内に現れる被検体の概観断層像Ｐ上で、例えば直線状のカーソルＣを被検体の層状構造の方向に沿わせることにより、投影角度範囲の中心角度を指定する。すなわち、概観断層像Ｐは、被検体のＣＴ撮影開始時点における姿勢のもとに表示され、最初の投影データの採取角度を０°とすると、図示のようにその角度は表示器上で水平線に沿った角度となる。層状構造の被検体において精細に再構成演算を行うべき角度範囲は、層状構造に沿った方向を中心とする前後の角度範囲であり、直線状のカーソルＣを層状構造に沿わせることにより、その中心の角度θを指定することができる。角度の範囲は、操作部１５の操作により例えば±φの形で指定する。以上の指定により、精細な再構成演算を行うべき投影角度範囲は、投影角度０°〜３６０°のうち、θ±φとして指定されたことになる。

つまり、以上の投影角度範囲指定により、図３（ｂ）のビュー数Ｖ２のもとに再構成演算が行われる投影角度範囲が、投影角度０°に対してθだけ進んだ角度を中心として、θ−φからθ＋φまでの投影角度の範囲と指定されたことになる。以上の実施の形態における各ビュー数の関係をまとめると、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の大きさの関係は、Ｖ３＜Ｖ２≦Ｖ１となる。

再構成演算部１３では、指定された投影角度範囲θ±φの投影データを、指定通りのビュー数Ｖ２を使用して再構成すべく、必要なデータを投影データ記憶部１２から読み出して断層像の構築に供する。また、指定された投影角度範囲θ±φ以外の投影データとしては、先に構築した概観断層像に用いた投影データ、つまりビュー数Ｖ３の投影データをそのまま用いることができる。

以上の実施の形態によると、指定された投影角度範囲θ±φ以外の角度の投影データとして少ないビュー数で再構成演算を行うので、全体としての再構成時間を短くしながら、精細な投影データが必要な投影角度範囲θ±φについては大きなビュー数で演算が行われ、高分解能の断層像が表示される。しかも、投影角度範囲θ±φは、概観断層像を見ながらオペレータが随意に指定することができるので、内部の構造と被検体の外観とが一対一で対応しないような被検体、あるいは内部構造が不明な被検体であっても、精細な投影データが必要な投影角度範囲の設定を正確に行うことができる。

なお、投影角度範囲θ±φの指定により、そのθ±φの角度範囲のみをビュー数Ｖ２のもとに再構成を行ってもよいが、その裏側の投影角度、つまり図３（ｂ）に破線で示すθ＋１８０°±φの投影角度範囲についても、上記の指定によって自動的にビュー数Ｖ２のもとに再構成演算を行ってもよい。

以上の実施の形態においては、被検体を搭載するテーブルを回転テーブルとして、放射線源と放射線検出器の対に対して回転させた例を示したが、テーブルを回転させずに固定し、放射線源と放射線検出器の対をテーブルの周りに回転させる構造のＣＴ装置であっても、本発明を等しく適用し得ることは勿論である。

１放射線源
２放射線検出器
３回転テーブル
１１画像データ取込回路
１２投影データ記憶部
１３再構成演算部
１４断層像記憶部
１５操作部
１６表示制御部
１７表示器
１８制御部
Ｒ回転軸
Ｗ被検体
Ｑ断層像視野
Ｐ概観断層像

Claims

互いに対向配置された放射線源と放射線検出器の間に、被検体を搭載するテーブルが設けられ、そのテーブルと、上記放射線源と放射線検出器の対とを、放射線光軸に交差する回転軸の周りに相対的に回転させつつ、上記テーブル上の被検体に放射線を照射し、設定されているビュー数に基づくピッチで上記放射線検出器の出力を取り込んで収集した被検体の複数の投影角度における放射線投影データを用いた演算により、上記回転軸に直交するスライス面に沿った被検体の断層像を構築する放射線ＣＴ装置において、
あらかじめ設定されているビュー数Ｖ１に基づく微小ピッチで放射線投影データを取り込み、その取り込んだ各放射線投影データを投影データ記憶手段に記憶していく撮影動作制御手段と、投影角度の範囲とビュー数Ｖ２（Ｖ２≦Ｖ１）を指定する指定手段を備え、
上記再構成演算手段は、上記指定手段により指定された投影角度範囲については、当該指定手段により指定されたビュー数Ｖ２に該当する投影データを、その指定された投影角度範囲を除く投影角度範囲については、あらかじめ設定されている少ないビュー数Ｖ３（Ｖ３＜Ｖ２）に該当する投影データを、それぞれ上記投影データ記憶手段の記憶内容から抽出して再構成演算に供して断層像を構築することを特徴とする放射線ＣＴ装置。
上記再構成演算手段は、ビュー数Ｖ１のもとに投影データを収集後、全投影角度範囲を上記ビュー数Ｖ３のもとに再構成演算を行って粗い概観断層像を構築し、上記指定手段は、その粗い概観断層像の表示画面上で投影角度範囲の指定を行うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線ＣＴ装置。